流域侵蚀产沙模拟研究中的尺度转换方法

影响侵蚀产沙过程的因素在时空上具有很大的不均匀性和变异性，增加了不同尺度间侵蚀产沙模拟的复杂性。尺度转换定义为不同尺度间信息传送，是指利用某一尺度上所获得的信息和知识来推测其他尺度上的现象。尺度转换是进行不同尺度间侵蚀产沙模拟的关键所在。认识侵蚀产沙过程中的尺度转换方法是进行不同尺度间侵蚀产沙模拟和尺度转换的基础。本文在介绍了侵蚀产沙的尺度特征后，对侵蚀产沙尺度转换的类型和理论方法进行了总结，最后还强调了尺度转换中应注意的问题。     

径流侵蚀功率理论在不同尺度坡面侵蚀产沙中的应用

基于次暴雨洪水过程中径流深、洪峰流量模数2个的重要水文特征参数,提出了用以描述坡面次暴雨水蚀动力的径流侵蚀功率的概念,并以岔巴沟流域团山沟不同空间尺度径流场历年实测次暴雨径流泥沙资料为基础,分析了径流侵蚀功率与坡面径流场次暴雨侵蚀模数之间的相关性,提出了适用于坡面次暴雨侵蚀产沙计算的基于径流侵蚀功率的坡面次暴雨水沙响应关系.研究结果表明:径流侵蚀功率与坡面次暴雨侵蚀模数之间存在极显著的幂函数相关关系,径流侵蚀功率可以较好地表征坡面次暴雨水力侵蚀动力.本研究成果可为黄土高原坡面次暴雨侵蚀产沙模型侵蚀动力因子的确定提供参考.     

流域侵蚀产沙模型述评

实践证明，在分析流域侵蚀产沙和预测发展趋势的研究中，选择一种既有理论依据，又能反映客观实际的计算方法是极其重要的，它不仅决定着计算结果的精度和计算成果的可信度，更重要的是直接关系到流域治理的发展方向。在众多类模型中，物理成因模型概念清楚，意义明确，应用方便，适应性强，是目前比较先进的模拟方法之一。鉴于土壤侵蚀产沙过程及环境因素的复杂性，该类模型也有需经改进的若干问题。     

坡长在坡面侵蚀产沙过程中的作用

通过对陕西北部子洲径流站坡长分别为20m,40m,60m径流小区实际观测资料的分析,揭示出坡长在黄土高原丘陵沟壑区的坡面侵蚀产沙过程中的一些规律和侵蚀机理.当径流小区坡面产流量相同时.20m坡长小区单位面积侵蚀率最大,随坡长增加,侵蚀率递减.当实测的降雨条件类似时,虽然累积径流量,侵蚀产沙量随坡长增加而增加,但一般在20～40m坡段,径流系数最大,单位面积侵蚀率最高.当坡长为60m左右时,水流含沙量基本趋于稳定.当最大30min雨强较小时,会出现“径流退化”现象.     

我国流域侵蚀产沙的地带性特征初探

本文从分析不同自然带影响侵蚀产沙的各项地带性因子的组合关系入手，从宏观上对我国流域侵蚀产沙的地带性分布特征进行了研究，得到了我国流域产沙模数随纬度和经度变化的曲线，并对其形成机理进行了解释．     

燕山地区流域侵蚀产沙与流域地质地貌的初步研究

本文运用地貌学方法研究了燕山地区流域侵蚀产沙与流域形态和岩性的关系.结果表明,流域的侵蚀产沙与流域形态有着较好的关系,岩性对流域产沙起着明显的控制作用.利用流域产沙量与流域面积的关系,估算了燕山地区不同岩性流域的侵蚀模数和泥沙输移比.所得结果对于燕山地区侵蚀强度分级的研究,具有重要意义.     

苜蓿草地侵蚀产沙过程及其水动力学机理试验研究

摘要：利用人工模拟降雨试验,定量研究了不同降雨强度 （45mm/h、87mm/h、127mm/h） 下20°陡坡苜蓿草地的产流产沙变化规律,分析了苜蓿草地侵蚀产沙的水动力学机理。试验结果表明,苜蓿草地累积径流量和累积产沙量与降雨时间呈良好的幂函数关系,随着降雨时间的增大而增大。在45mm/h和87mm/h降雨强度时,草地径流量和侵蚀产沙量呈高-低-稳定的变化趋势;在127mm/h降雨强度时,草地径流量和侵蚀产沙量呈高-低-高的变化趋势。苜蓿草地的水土保持作用通过改变土壤的入渗特性实现,草地坡面入渗     

苜蓿草地侵蚀产沙过程及其水动力学机理试验研究

利用人工模拟降雨试验,定量研究了不同降雨强度（45mm/h、87mm/h、127mm/h）下20°陡坡苜蓿草地的产流产沙变化规律,分析了苜蓿草地侵蚀产沙的水动力学机理。试验结果表明,苜蓿草地累积径流量和累积产沙量与降雨时间呈很好的幂函数关系,随着降雨时间的增大而增大。在45mm/h和87mm/h降雨强度时,草地径流量和侵蚀产沙量呈高-低-稳定的变化趋势,在127mm/h降雨强度时,草地径流量和侵蚀产沙量呈高-低-高的变化趋势。苜蓿草地的水土保持作用通过改变土壤的入渗特性实现,草地坡面入渗率与径流量和产沙量呈明显负线性相关。从水动力学角度对苜蓿草地径流剪切力和单位水流功率与输沙率的关系进行了分析,得出试验条件下苜蓿草地的临界径流剪切力值为2.857N/m2,临界单位水流功率值为0.0114 m/s,输沙率随径流剪切力和单位水流功率的增大而增大。     

坡沟系统侵蚀产沙及其耦合关系研究

利用变坡度坡沟系统模型和人工模拟降雨试验,定量研究了不同降雨强度下的坡沟系统产流产沙过程,揭示了坡面沟道侵蚀产沙耦合特征。结果表明:坡沟系统累积径流量和累积产沙量与降雨时间呈显著的幂函数关系,随着降雨时间的增大而增大。梁峁坡面来水径流量与沟坡净侵蚀量之间呈幂函数关系,梁峁坡面来水含沙量与沟坡净侵蚀量之间呈反线性相关。从水力学角度对坡沟系统单位水流功率与单宽输沙率的关系进行了分析,得出试验条件下的临界单位水流功率值为0.0043m/s,输沙率随单位水流功率的增大而增大。     

细沟侵蚀特征及其产流产沙过程试验研究

在不同坡度(15°、20°、25°)和降雨强度(1.5mm/min和2.0mm/min)条件下,利用室内模拟降雨试验,研究了杨凌塿土和安塞黄绵土的坡面细沟发育过程、形态特征及水沙关系.结果表明,不同降雨强度和坡度下,塿土坡面的细沟发育规律基本一致,主要由沿坡面方向呈线状分布的跌坎链相互连通而成,表现为沟头溯源侵蚀和沟道下切侵蚀,细沟宽深比随雨强及坡度增加而变小,细沟密度则随之而增加;黄绵土的跌坎形状为长条状,细沟主要由单个跌坎发育而成,发育过程中溯源侵蚀和边壁崩塌现象更为明显,细沟的宽深比较大.相比黄绵土,塿土的产流和达到稳定径流量的速度较快,相同降雨强度条件下,不同坡度间径流量的差异性较小;不同降雨强度和坡度条件下,塿土的含沙量变化过程较为一致,最终会趋于一个稳定值,黄绵土含沙量的变化过程较为复杂.另外,两种土壤从含沙量开始较快增加至达到最高值的时间段与其细沟形成及发育的时间段大体吻合,相比之下塿土更易发生细沟侵蚀.     

坡耕地径流小区产流产沙规律

基于四川省连宁水保试验站坡耕地水土流失的观测和数据统计,通过探讨降雨产生的地表径流深及冲刷量随坡度的变化,以及耕作措施和植被对坡面侵蚀的影响,提出坡耕地在降雨时的产流产沙规律.同时用灰色关联系数法确定了各因子时坡耕地水土流失的影响序列.     

多场次降雨条件下覆沙坡面的径流产沙特性试验研究

基于可控坡面进行多场次降雨试验,对覆沙坡面的产流产沙特性进行研究,以期为揭示黄土高原风蚀水蚀交错区风水复合侵蚀机理研究提供科学依据。结果表明:覆沙坡面的初始产流时间远大于裸坡,相对延迟了5.3~11.2倍,多场次降雨条件下,产流时间显著提前。首场降雨下,覆沙厚度为1cm,当雨强由1mm/min增加到1.5mm/min,覆沙坡面径流量、产沙量分别增加了0.87倍、0.85倍;雨强为1.5mm/min时,当覆沙厚度由0.5cm增加到1cm,首场降雨的径流量、产沙量分别减小了9.6%、12%。相对于裸坡,覆沙坡面产沙量较大,产沙过程较剧烈,首场降雨产沙量占总产沙量的70%以上,是裸坡的8.9~10.8倍,但在多场次降雨条件下,产沙量显著减小,并趋于稳定。研究结果表明坡面覆沙在一定程度上加剧了土壤侵蚀,可为揭示风蚀沉积物对水蚀过程的作用机理研究提供参考。     

十大孔兑暴雨洪水产输沙关系初探——以西柳沟为例

黄河上游十大孔兑暴雨洪水引发的水土流失及洪涝泥沙灾害是当地的主要环境问题。利用实测水沙资料,建立该地区洪水过程产沙量与降雨径流指标、流量与含沙量的经验关系,并探讨了这些关系的成因。结果表明:一次洪水过程的产沙量可以表示为降雨强度或径流深的幂函数,幂指数大于1;一次洪水过程流量和含沙量呈逆时针绳套曲线关系,含沙量可以表示为流量的幂函数,幂指数小于1。掌握该地区的水沙关系和规律,可为模拟该地区降雨径流产输沙过程,控制和预防流域水土流失和洪水泥沙灾害提供一定的基础。     

黄土坡面水沙过程及水流阻力变化试验研究

为明确复杂地表产流产沙规律及其与水流阻力的关系,采用间歇性人工模拟降雨实验,开展了黄土高原的裸坡、人工掏挖、鱼鳞坑、等高沟垄四种典型坡面在五场降雨条件下的水沙演化过程、阻力来源及阻力规律研究。结果表明:鱼鳞坑、人工掏挖两种措施均以降雨时间到达55 min为临界点,继续降雨则其蓄水拦沙的作用失效。各地表水流阻力均来源于降雨阻力、颗粒阻力、形态阻力的叠加。地表输沙率与水流阻力之间均表现出负相关,输沙率随水流阻力的增大而下降。鱼鳞坑、等高沟垄措施在一定的降雨历时范围内均具有显著的减流减沙效应,而较之鱼鳞坑,等高沟垄在延缓径流,控制侵蚀方面具有更好的效用。     

流域输沙模数与流域面积关系研究

提出至今所有流域泥沙输移比与流域面积关系其实质都是流域输沙模数与流域面积的关系。前人的流域输沙模数与流域面积关系的研究结论认为一般都是呈现反比关系,黄河中游流域输沙模数与流域面积不是这样的关系,这是一个特例。本文通过三个不同层面,即长江干流、黄河干流,长江上游、黄河中游主要支流及任意流域的流域输沙模数与流域面积关系的分析研究,认为黄河中游流域输沙模数与流域面积不是反比关系,这不是特例。因为,长江上游无论是干流还是支流或任意流域的流域输沙模数与流域面积同样不存在一个规律的反比关系。流域输沙模数与流域面积的真正关系不是受控于流域面积的大小,而是取决于流域所在区域的地质构造单元的性质、地貌类型及土地利用的合理性等多个因素,其中最本质的是地貌类型、地质构造单元的活动性质及控制面积。本研究可以推进河流泥沙学科的发展、开拓环境学科的研究思路和有助于流域大型水库的泥沙淤积前景的科学预测;同时对流域尺度转换理论在地学中的正确应用的可能性也是有重要的启迪作用。     

黄河中游典型流域极端降雨条件的水沙过程变化

研究流域极端降雨条件下的水沙动态变化过程是应对气候变化引起的洪涝灾害风险的基础.针对皇甫川、佳芦河和延河流域水土保持治理前后的极端暴雨洪水,对比分析了各流域极端降雨事件中径流泥沙过程的特征变化.研究结果表明,水土保持措施能降低洪涝灾害风险,可将延河流域200年一遇的特大洪水事件降低为风险更小的50年一遇洪水.由于水土保...     

神府东胜煤田开发中扰动地面径流泥沙模拟研究

神府东胜国家级特大煤田在开发建设过程中,严重扰动了原有的土壤结构层次,破坏了地面的植被,造成了严重的新增水土流失,本文采用野外放水冲刷实验的研究方法,对神府东胜煤田开发建设中人为扰动地面侵蚀产沙规律进行了模拟研究。结果表明:5°条件下在流量为15 L/min2、0 L/min2、5 L/min时产沙量与径流量呈幂函数关系,10 L/min时呈线性关系。11°条件下在各放水流量时的产沙量与径流量呈线性关系。17°条件下流量为10 L/min1、5 L/min时产沙量与径流量呈对数函数关系,20 L/min2、5 L/min时呈线性关系。产沙量与坡度在放水流量10 L/min2、5 L/min时呈对数函数关系,在放水流量15 L/min2、0 L/min时呈线性关系变化。径流量与放水流量呈线性关系,产沙量与放水流量呈对数函数关系。     

新情势下黄河口演变与整治研究思路

基于黄河口水沙变异的新情况以及经济发展和生态环境建设的新需求,提出新情势下黄河口演变与整治的研究思路。针对目前研究中需要突破的薄弱环节,瞄准国际河口学领域中的前沿问题,采用多学科交叉和多种研究手段,对黄河口开展创新研究。主要研究:黄河口水沙变异特征,尾闾河道枯萎机制及其演变响应,拦门沙演变响应过程及其反馈影响;河口泥沙通量,最大浑浊带、泥沙异重流形成机理,河口海岸淤进、蚀退及其动力平衡机制;黄河口陆海相互作用的整体数模,河口演变趋势与入海流路使用年限;新情势下黄河口治理对策及水土资源优化配置。     

分布式侵蚀产沙模型在流域减水减沙效益评价中的应用

采用分布式侵蚀产沙模型,以陕西省黑草河小流域为例,对多种水土保持措施和不同土地利用方式条件下流域的径流输沙过程进行数值模拟计算,并通过对比评价了不同水土保持措施和土地利用方式的减水减沙效益,为流域内配置水土保持措施和优化流域管理提供了科学依据和技术支撑.